ساخت يک نوع پلاستيک جديد به وسيله دانشمندان آمریکایی

دانشمندان آمريکايی توانسته اند به وسيله پوست پرتغال و دی اکسيد کربن، يک نوع پلاستيک جديد بسازند. اين شيوه در آينده ممکن است جايگزين استفاده از نفت به عنوان ماده اصلی برای توليد مواد پلاستيکی شود. پژوهشگران دانشگاه کورنل با ترکيب دی اکسيد کربن که عمده ترين گاز گلخانه ای است و يک نوع روغن موجود در پوست پرتغال يک پليمر تازه ساخته اند. پلاستيک ها يک نوع پليمر هستند که از ملکول های بلند زنجيره ای با پايه کربنی تشکيل شده است. ليمونين يک نوع ترکيب کربنی است که 95 درصد روغن موجود در پوست پرتغال را تشکيل می دهد و از آن برای خوشبو کردن مواد پاک کننده استفاده می شود. جفری کوتس، استاد شيمی در دانشگاه کورنل در ايتاکا در ايالت نيويورک آمريکا و همکارانش از يکی از مشتقات اين روغن به نام اکسيد ليمونين به عنوان يکی از مصالح توليد پليمر استفاده کردند. محققان از يک ملکول کمکی يا کاتاليزور استفاده کردند تا اکسيد ليمونين وادار کنند طی فعل و انفعالی شيميايی با دی اکسيد کربن، پليمر تازه ای به نام کربنات پلی ليمونين تشکيل دهد. منبع قابل تجديد اين پليمر دارای بسياری از خصوصيات پلی استيرين است که در بسياری از محصولات پلاستيکی يک بار مصرف استفاده می شود. پروفسور کوتس گفت: تقريبا تمامی پلاستيک های موجود، از پلی استيرين در لباس گرفته تا پلاستيک هايی که برای بسته بندی مواد غذايی و محصولات الکترونيکی استفاده می شود، با استفاده از نفت، به عنوان يک ماده اصلی تشکيل دهنده، ساخته شده است. اگر بتوان مصرف نفت را کنار گذاشت و در عوض از منابع فراوان، قابل تجديد و ارزان استفاده کرد، در آن صورت بايد درباره آن تحقيق کنيم. نکته هيجان انگيز در مورد اين مطالعه اين است که ما با استفاده از منابع کاملا قابل تجديد قادريم پلاستيکی با کيفيت خيلی خوب بسازيم. تيم آقای کوتس علاقه مند است از دی اکسيد کربن نيز به عنوان جايگزينی برای مصالح سازنده پليمرها استفاده کند. اين گاز را می توان جدا کرده و از آن برای توليد پلاستيک هايی مانند اکسيد پلی ليمونين استفاده کرد. دی اکسيد کربن عمده ترين گاز گلخانه ای است که در اثر سوزاندن سوخت های فسيلی و قطع درختان جنگل ها در هوا متصاعد می شود

داستان کشف آسپرین

داستان کشف آسپرین فردریک بایر (Fredrich Bayer) در سال 1825 بدنیا آمد. پدر او یک نساج و رنگرز پارچه بود و طبق عادت آن زمان وی در ابتدا شغل و حرفه پدر را برای کار انتخاب کرد و پس از مدتی فعالیت با پدر، در سال 1848 تشکیلاتی مشابه برای خود راه اندازی کرد و در آن حرفه بسیار هم موفق شد.

تا قبل از 1856 برای رنگرزی از مواد رنگی طبیعی استفاده می شد اما با کشف و صنعتی شدن ساخت رنگهای حاصل از مواد نفتی، بایر که پتانسیل موجود در این کشف را بخوبی احساس کرده بود با کمک شخصی بنام فردریک وسکوت (Friedrich Weskott) کمپانی Bayer را راه اندازی کرد. بایر در ماه می سال 1880 در گذشت و تا آن زمان کمپانی هنوز در فعالیت رنگرزی مشغول بود، اما شرکت تصمیم گرفت با استخدام تعدادی شیمیدان نوآوری هایی در این صنعت بوجود آورد و این اتفاق هم افتاد اما نه در صنعت رنگرزی. هنگامی که فلیکس هوفمن (Felix Hoffmann) در حال انجام آزمایش با یکسری از ضایعات رنگی بود تا شاید بتواند دارویی برای درمان درد ناشی از بیماری پدرش بدست آورد توانست به پودری دسترسی پیدا کند که امروزه شما آنرا به نام آسپرین می شناسید. هوفمن آسپرین را کشف نکرد تعجب نکنید! هوفمن آسپرین را دوباره کشف کرد. آسپرین چهل سال قبل توسط یک شیمیدان فرانسوی کشف شده بود، این شیمیدان بخوبی می دانست که پودر اسید استیل-سالی-سیلیک (acetylsalicylic acid) دارای خاصیت شفا بخشی بسیار می باشد. در واقع بیش از 3500 سال بود که بشر این پودر را می شناخت چرا که در سال 1800 یک باستان شناس آلمانی که در مصر تحقیق می کرد، با ترجمه یکی از پاپیروس های مصری متوجه شد که بیش از 877 نوع مواد دارویی برای مصارف مختلف در مصر باستان شناخته شده بود که یکی از آنها همین پودر اسید بود که برای برطرف کردن درد از آن استفاده می شد.

در برخی از شواهد و نوشته های دیگری که در یونان بدست آمده است نیز مشخص شده که بشر حدود 400 سال پیش از میلاد از شیره پوست درخت بید برای درمان تب و درد استفاده می کرده است. همچنین آنها هنگام زایمان زنان از این ماده برای کاهش درد استفاده می کردند. امروزه مشخص شده که ماده موجود در این شیره چیزی جز اسید سالی-سیلیک نیست. ثبت رسمی کشف آسپرین در ماه مارچ 1899 کمپانی بایر رسما" محصول خود بنام آسپرین را به ثبت رساند و به دنبال آن در سایر کشورهای جهان نیز تحقیقاتی گسترده راجع به این دارو انجام گرفت بگونه ای که هنگام بازنشستگی هوفمن در سال 1928، آسپرین در تمام دنیا شناخته شده بود. آسپرین از مهمترین اکتشافات هوفمن بود اما این تنها کشف او نبود. درست چند روز پس از کشف آسپرین هوفمن به ماده ای دست پیدا کرد که امروز در بازار بنام هروئین (Heroin) مشهور شده است. از این ماده مخدر در تمام مدت جنگ جنگ جهانی اول بعنوان یک دارو استفاده می شد اما امروزه در تمام کشور های جهان از فهرست دارو ها خط خورده است.

 
 

مشاهیر شیمی ( آنتوان لاووازیه )

لاووازیه كه در حقیقت بنیانگذار شیمی جدید محسوب می شود، تجزیه و سنجش توأم بانتیجه گیری صحیح را پایه و اساس این علم قرار داد. وی نخستین كسی بود كه ترازو راجهت سنجش و تحقیق در فعل و انفعالات شیمیایی در آزمایشگاه وارد كرد.

آنتوان لوران لاووازیه در ۲۶ اوت ۱۷۴۳ در پاریس از پدر و مادری ثروتمند و مرفه زادهشد. او زیر نظر استادانی قابل نجوم و گیاه شناسی و شیمی و زمین شناسی را به خوبیفراگرفت. پس از اتمام دوره حقوق بار دیگر به علوم گرایید و سه سال بعد در آن هنگامكه جوانی ۲۵ ساله بود به عضویت فرهنگستان سلطنتی علوم برگزیده شد.

لاووازیه كهدر حقیقت بنیانگذار شیمی جدید محسوب می شود، تجزیه و سنجش توأم با نتیجه گیری صحیحرا پایه و اساس این علم قرار داد. وی نخستین كسی بود كه ترازو را جهت سنجش و تحقیقدر فعل و انفعالات شیمیایی در آزمایشگاه وارد كرد. قبل از او دانشمندان شیمی درمورد سوختن، عقیده عجیبی داشتند و آن را این طور تعریف می كردند كه «هر جسم سوختنیدارای ماده ای است نامرئی به نام فلوژیستن و چون جسم مشتعل شود این ماده از آن خارجمی شود. هرچه جسم بیشتر قابل اشتعال باشد مقدار بیشتری از این ماده در بر دارد وشعله همان فلوژیستیك است كه از جسم متصاعد می گردد». به موجب این نظریه قدما معتقدبودند كه وقتی جسمی در هوا می سوزد سبكتر می شود زیرا ماده فلوژیستن آن خارج میگردد. این نظریه نادرست سراسر قرن هجدهم را به كلی مسموم ساخته بود و حتی دانشمندانبزرگ نیز بدان اعتقاد داشتند چنانكه پریستلی هنگامی كه گاز اكسیژن را برای نخستینبار تهیه نمود آن را «هوای بدون فلوژیستن» نام نهاد.

لاووازیه كه شیمیدانبرجسته ای برای همیشه است امكان درك و شناخت عناصر گازی شكل را فراهم كرد. در دورانسلطه «نظریه آتشزایی» (نظریه ای كه در بالا ذكر شد) وسایل تجربی زیادی فراهم آمدهبود كه سبب دگرگونی های انقلابی در شیمی شدند. بیشترین اعتبار این تحولات مدیونزحمات لاووازیه است كه درك درستی از اكسیژن را میسر كرد. انگلس F. Engels نوشت كه: لاووازیه می توانست نقطه مقابل و ضد فلوژیستون افسانه ای را در اكسیژنی كه پریستلیبه دست آورده بود بیابد و در نتیجه قادر بود كل نظریه آتشزایی را از پا در آورد امااین كار نمی توانست نتایج تجربی حاصل از پذیرفتن آتشزاها را از بین ببرد برعكس آننظریات پا برجا بودند و فقط ترتیب بیانشان وارونه شده بود و از كلمه فلوژیستیك بهعباراتی كه اكنون در زبان شیمی اعتبار دارند برگردانده شده بود و بنابرایناعتبارشان حفظ شده بود.

راه لاووازیه برای كشف اكسیژن خیلی مستقیم تر از راهدیگر هم عصرانش بود. در آغاز این دانشمند فرانسوی نیز گرایش به نظریه آتشزایی داشتولی هرچه بیشتر كه به نتایج تجربی می رسید بیشتر از آن نظریه كناره می گرفت. در اولنوامبر سال ۱۷۷۲ شرح تجربیاتش در زمینه احتراق تركیبات مختلف در هوا را به اینترتیب پایان بخشید كه گفت: وزن همه مواد از جمله فلزات بر اثر احتراق و سوختنافزایش می یابد نظر به اینكه چنین واكنشها نیاز به مقدار زیادی هوا داشتند. لاووازیه نتیجه گیری دیگری هم كرد و گفت: هوا مخلوطی از گازهای با خواص گوناگون استكه در حین سوختن مواد، قسمتی ازآن با ماده سوزنده تركیب می شود. در آغاز لاووازیهاین جزء از هوا را مشابه هوای ثابت بلاك تلقی كرد ولی به زودی متوجه اشتباه خود شد. در فوریه سال ۱۷۷۴ این دانشمند فرانسوی متوجه شد كه آن قسمت از هوا كه با مواد درهنگام سوختن تركیب می شود مناسبترین جزء هوا برای تنفس است، به این ترتیب لاووازیهرودر روی اكسیژن قرار گرفت ولی از اعلام كشف گاز جدید خودداری كرد زیرا می خواستچند تجربه تكمیلی انجام دهد.

در اكتبر سال ۱۷۷۴ پریستلی كشف خود را به لاووازیهگزارش كرد و این گزارش مفهوم واقعی كشف لاووازیه را برای خودش روشن كرد، ویبلافاصله به تجربه با اكسید قرمز جیوه كه مناسبترین مولد اكسیژن بود پرداخت. درآوریل ۱۷۷۵ لاووازیه گزارشی تحت عنوان «یادداشتی درباره طبیعت ماده ای كه هنگامسوختن فلزات با آنها تركیب می شود و سبب افزایش وزن ماده تولید شده می شود» بهآكادمی علوم فرانسه داد.

در واقع این كشف اكسیژن بود لاووازیه نوشت كه این نوعهوا را پریستلی و شیل و خودش تقریباً به طور همزمان كشف كرده اند. ابتدا وی آن رامناسبترین هوا برای تنفس نامید ولی بعد نامش را «هوای زندگی بخش یا توانبخش» گذاشت.به این ترتیب ملاحظه می شود كه لاووازیه با دركی كه از طبیعت اكسیژن كرده بودتا چه اندازه بر همزمانانش پیشی گرفت. در مرحله بعدی دانشمند مزبور به این نتیجهرسید كه «مناسبترین هوا برای تنفس» یكی از مواد بنیانی در ساخت اسیدهاست یعنیمهمترین قسمت همه اسیدهاست بعدها معلوم شد كه این اعتقاد اشتباه بوده است (وقتیاسیدهای بدون اكسیژن هالوژنه تهیه شدند) ولی در سال ۱۷۷۹ لاووازیه اندیشید كه اینخاصیت را در نام گاز كشف شده بگنجاند و از آن پس این عنصر را اكسیژن «oxygen» نامیدكه از كلمه یونانی «اسید ساز» گرفته شده است. انگلس نوشته است: «پریستلی و شیل بدوناینكه بدانند ست روی اكسیژن گذاشته اند، آنها را تهیه كردند» .... و گرچه لاووازیههمان گونه كه بعدها اعتراف كرده است اكسیژن را همزمان و مستقل از آن دو نفر تهیهنكرده بود با توجه به این كه آن دو نفر نمی دانستند چه چیزی را تهیه كرده اندلاووازیه را باید كاشف اكسیژن شناخت از جمله خطراتی كه جان لاووازیه را به مخاطرهانداخته بود و بیشتر جنبه سیاسی داشت هنگام انقلاب كبیر فرانسه در سال ۱۷۸۹ یعنی درآن هنگام كه انقلابیون زمام امور پاریس را در دست داشتند رخ داد. لاووازیه رسالهمعروفی در باب اقتصاد سیاسی موسوم به «ثروتهای زیرزمینی فرانسه» به رشته تحریردرآورد این كتاب یكی از مهمترین كتبی است كه در مبحث اقتصاد نوشته شده است. سرانجام آنتوان لاووازیه در سال ۱۷۹۴ در دادگاه انقلابی به ریاست ژان باتیستكوفن هال به جرم خیانت به ملت همراه چندتن دیگر تسلیم تیغه گیوتین شد در حالیكه ۵۱سال سن داشت.

پس از مرگ لاووازیه لاگرانژ گفت: «تنها یك لحظه وقت آنان برایبریدن آن سر صرف شد و شاید یكصد سال زمان نتواند سر دیگری همانندش بوجود آورد.»

 

 

عنصر بيسموت به عنوان قطعه رويايي رايانه کوانتومي

گروهي از دانشمندان مستقر در مرکز فناوري نانوي لندن و آزمايشگاه ملي ميدان مغناطيسي بزرگ در فلوريدا، روش جديد و کارآتري براي کدگذاري اطلاعات کوانتومي در داخل سيليکون کشف کردند.

عنصر شيميايي بيسموت، علي‌رغم سازگاري همه جانبه‌اش با تمام تراشه‌هاي سيليکوني، در مسابقه فناوري‌هاي کوانتومي در مقايسه با اتم‌هاي فسفر کمتر مورد توجه قرار گرفته است. اين به خاطر آن است که ميکروالکترونيک امروزي از فسفر حل شده در سيلکون استفاده مي‌کند.

بااينحال، اکنون اين پژوهشگران دريافته‌اند که اتم‌هاي بيسموت بهتر از اتم‌هاي فسفر هستند. بيسموت سنگين‌ترين اتم پايدار است و به همان نسبت داراي "اسپين" هسته‌اي بزرگي است. اسپين کوانتومي آن شبيه به آهنرباي يک قطبنما است که مي‌تواند در ده جهت مختلف جهتگيري داشته باشد در حاليکه براي هسته فسفر اين کار فقط در دو جهت امکان‌پذير است. اين خاصيت به هسته‌هاي بيسموت اجازه مي‌دهد تا اطلاعات کوانتومي بيشتري نسبت به هسته‌هاي فسفر در خود ذخيره کنند.

 

اين مشاهدات منجر به پيشنهاد ايجاد يک "مجموعه‌ي رؤيايي" با استفاده از بيسموت و فسفر در سيلکون مي‌شود. از آنجايي که آنها متفاوت هستند، مي‌توانند به طور مستقل دستکاري شوند. بيسموت اطلاعات کوانتومي را ذخيره مي‌کند در حاليکه فسفر جريان اطلاعات را کنترل مي‌نمايد.

دکتر گاوين مورلي، يکي از اين محققان، گفت: "مشکلات تجربي که ما بر آنها فائق آمده‌ايم شامل استفاده از بيسموت در سيلکون براي تهيه، کنترل، و ذخيره اطلاعات کوانتومي است. در اين حالت، بزرگتر بودن بهتر است زيرا هسته‌هاي بزرگتر بيسموت مي‌توانند فضاي بيشتري براي ذخيره اطلاعات کوانتومي مهيا کنند."

مارشال استونهام، يکي ديگر از اين محققان، گفت: "داشتن يک نوع اتم براي ذخيره اطلاعات کوانتومي در سيلکون و نوع ديگر براي کنترل آن به مانند آوردن يک شخص ديگر به يک گفتگوي تک‌نفره است: بسيار جالب مي‌شود."

اين تحقيق در واقع توان باالقوه‌ي بيسموت را براي ساخت يک رايانه کوانتومي نشان مي‌دهد.

نتايج اين تحقيق در مجله‌‌هاي Nature Materials و Physical Review Letters منتشر شده است.